Chapter 2

1. Operating System Services → O/S는 서비스를 제공해주는 것임O/S는 프로그램을 실행하기 위한 환경을 제공함.

system call이라는 방식으로만 os를 사용 가능.

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2. OS Services for user Support

유저를 도와주는 OS의 서비스들

1. user interface

• os의 서비스로 볼 수 있습니다. (GUI, CLI 등)

2. program execution

• 프로그램의 로딩, 시작, 끝, 가지치기 등등을 관리

3. I/O operation

• USB를 꽂아서 사용하는 것들 따위

4. File system manipulation

• 파일 읽고 쓰기, 만들고 지우기 등등 파일 시스템 조작

5. Communication

• 프로세스(=실행되고 있는 프로그램) 간의 정보 교환
• 인터넷 사이에서도 네트워킹

6. Error detection

• CPU, memory, I/O devices, User program(div-by-0,illegal memory access) 등과 같은 에러 발생 가능
• OS가 조치를 취함.

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3. Services for Efficient Operation

효율적인 작동을 위한 OS services

1. resource allocation

• 대역폭 나누기(속도), 공간 나누기 (메모리)
• cpu, memory, file storage : 내부 커널에 코드로 박혀있음. (special allocation code)
• I/O devices : 일반적인 표준 (일반적인 코드로 여러 devices 조절)

2. accounting (of resource usage) - 추적

• capacity planning(용량의 규모를 결정하는 것)을 평등하게 사용할 수 있도록 billing

3. Protection and security

• Protection은 다른 프로세스가 또 다른 프로세스나 OS를 간섭할 수 없도록 함
• Security는 인증된 사용자의 system과 hardware에 저장된 정보를 보호하는 것
• 비승인된 접근, 데이터의 악의적 파괴나 변형, 부정합 발생등이 있다.

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4. System calls

• 함수처럼 생겼음.

• OS를 사용할 수 있는 유일한 방법.

• 시스템 콜들은 간단한 작업에도 엄청나게 많이 사용됨.
  - thousands of system calls per second

• 프로그래머는 API를 통해 간접적으로 system call을 사용

  • libc : c library for Unix/Linux environment

  • windows API, Posix API, java API

  • API on top of anothoer API

    • Java API는 이중 간접으로 systemcall을 부름 ( java API -> libc -> syscall )
      
      

• API를 통해 간접적으로 system call을 사용하는 이유

  • 직접적으로 사용하기 너무 어려움
  • Portability(이식성) : 어떤 libc든 다른 곳에 가도 실행 가능

• libc와 이름이 같은 systemcall로써 예를 들어 read -> read 인 것들을
  Wrapper function이라고 부름

  

1. user application에서 open()function을 통해 syscall 호출 ( user mode )
2. interrupt 발생 : 내 프로그램이 kernel mode로 바뀜 ( mode switch )
3. kernel mode 에는 system call function의 주소들이 저장되어 있음.
4. 작업이 끝난 후 user mode로 바뀐 후 return value를 함.

5. system call interface

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6. System call types

Six major categories

• Process control
• File manipulation
• Device manipulation
• Information maintenance
• Communications
• Protection

7. System call types: Process Control -> 돌고있는 프로그램

Type of tasks

• end,abort -> 종료
• wait for time
• load, executte -> 프로그램 띄우는 것
• wait event, signal event
• create or terminate process-> 프로세스와 프로세스 간 만듦과 종료
• allocate and free memory
• get/set process attributes -> 프로세스 성질

Senarios

• Error handling

  • 종료해야함 -> memory dump(오류를 하드 디스크에 저장)를 만듦 -> 메세지 출력
    -> 다음 command 실행
  • In GUI, pop-up window가 보여짐
  • In batch system, 모든 동작이 종료.

• loading and executing another program

  • 프로세스가 종료되면 실행 지점을 어떻게 할 것인가를 정해야 함.
  • 원래와 새로운 프로그램을 concurrently하게 실행할 것인지 정해야 함.

• In multiprogramming, we need tto control processes

  • Get/set process atttributes
  • Wait for the completion of execution
  • OS provides system calls for lokcing shared data
  • Selectively terminatttet unneeded processes

  8. System programs

• system programs = system utilities -> 시스템에 도움을 주는

  • file management
  • status information - 정보 보기
  • file modifiicattion
  • programming language support
  • program loading and execution
  • communications
  • background services : ftpd, sshd, 등등 데몬들
    -> 사용자의 요청을 기다리며 죽지 않는 프로그램들

• Application programs

  -web browsers, text editor, spreadsheet, database, compiler, plotting, statistics package ...
  

9. OS Design and Implementation

• Desgin goals : 요구사항은 두개로 나뉘어진다.
  • User goals : 사용편리, 신뢰가능한, 배우기 쉬운, 빠른
  • System goals : 구현이 쉽고, 관리가 쉽고, 운영하기 쉽고, flexible,efficient, 고장을 견디는 능력이 좋아야 함 ( 고장은 나고 서비스를 돌리는 것)
• Guildline : Mechanism and Policy
  • 메커니즘과 정책을 분리해라.
    • mechanism : how
    • policy : what
  • 정책의 변화가 메커니즘의 변화를 요구할 수 있기 때문에, 분리하는 게 이상적임.

10. OS Implementation -> 실제 코딩구현

• assembly 언어로 구현
  • 힘듦, 어려움, 이식하기 어려움
• high level 언어로 구현 (c, java, ...)
  • Advantages
    • 구현 시간이 빠름
      • Compact하고 이해/디버깅 하기 쉬움
      • 개선된 compiler는 generated code를 개선해줌
      • 다른 환경으로 이식하기 쉬움
        • MS-Dos는 emulator가 필요함
        • Linux는 C로 이루어져 있는데, emulate가 필요 없다.
  • Disadvantages
    • performance : 요즘은 그렇지도 않다.
      - compiler가 complex dependencies를 잘 핸들링함.
      • compromise : 작은 중요 코드는 처음엔 high-level 언어로 작성 후 나중에 최적화된 것으로 대체

11. OS 구조

• Monolitthic VS modularized
  • component( module ) : system inputs, outputs, functions을 부분적으로 잘 정리함
• Simple Structure
  • MS-DOS, Original UNIX
  • 간단히 시작해서 점점 커져서 out of control 상태가 됨.

12. OS 구조 : Layered Approach

• 계층적 구조로의 접근

• N번째 레이어는 N-1의 기능으로만 작동한다.

• 장점 : 간단하다 -> 디버깅하기 쉽다. ( 오류가 나면 그 전 레이어꺼만 확인하면 됨 )

• 단점 : 레이어가 많다 보면, 오버헤드 되는 시간 때문에 시간이 오래 걸린다.

13. Microkernels

• 키포인트 : 커널을 최소한의 정말 필요한 기능만 넣어서 만들자.

• 주요 기능이 아닌 것은 일반 프로그램으로 빼내자.

• 일반 프로그램들끼리는 kernel을 통해 메세지를 주고 받는다.

• 장점

  • 확장을 쉽게 할 수 있다 (옆에 이어 붙이면 되므로)
  • 커널이 작기 때문에 이동시키기 쉽다.
  • 커널이 작기 때문에 복잡하지 않아서 보안성이 좋다.

• 단점

  • 메세지를 주고 받아야 하기 때문에 퍼포먼스의 지장을 준다.

• 커널의 정말 필요한 기능들

  • 통신 기능 (interprocess Communication)
  • 메모리 관리 ( 공동으로 메모리를 쓰므로 관리가 필요함 )
  • CPU 스케줄링 ( 프로세스들을 관리 해야 하므로 )

이미지 출처 : operating system concepts 10th